用于创建具有分布掺杂的半导体晶片的方法以及具有分布场诸如漂移场和背表面场的晶片和太阳能电池组件技术

半导体晶片在包含掺杂剂的模具上形成。掺杂剂对邻近模具的熔体区域进行掺杂。在那里，掺杂剂浓度高于熔体块体中的掺杂剂浓度。晶片开始凝固。掺杂剂在固体半导体中不良地扩散。在晶片开始凝固之后，掺杂剂不能进入熔体。之后，邻近晶片表面的熔体中的掺杂剂的浓度小于晶片开始形成的地方存在的掺杂剂的浓度。新的晶片区域从其掺杂剂浓度随时间的推移减少的熔体区域生长。这在晶片中建立了掺杂剂梯度，邻近模具具有较高浓度。能够修整梯度。梯度产生能够起漂移场或背表面场的作用的场。太阳能收集器能够在背表面上具有开放栅格导体和更好的光学反射器，固有的背表面场使所述更好的光学反射器变得可能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于创建具有分布掺杂的半导体晶片的方法以及具有分布场诸如漂移场和背表面场的晶片和太阳能电池组件相关文献据此要求保护于2015年1月26日提交的、题为“METHODSOFCREATINGASEMICONDUCTORWAFERHAVINGADRIFTFIELDWITHPROFILEDDOPINGANDWAFERSHAVINGAPROFILEDDRIFTFIELD”、专利技术人为RalfJonczyk等、申请人为马萨诸塞州贝德福德的1366Technologies有限公司的美国临时申请号62/107,711的优先权，据此通过引用并入其完整的公开。据此还要求保护于2015年10月8日提交的、题为“METHODSFORCREATINGASEMICONDUCTORWAFERHAVINGPROFILEDDOPINGANDWAFERSANDSOLARCELLCOMPONENTSHAVINGAPROFILEDFIELD,SUCHASDRIFTANDBACKSURFACE”、专利技术人为RalfJonczyk等、申请人为马萨诸塞州贝德福德的1366Technologies有限公司的美国临时申请号62/239,115的优先权，据此也通过引用并入其完整的公开。
技术介绍
通常能够使用Sachs等人的、题为“METHODSFOREFFICIENTLYMAKINGTHINSEMICONDUCTORBODIESFROMMOLTENMATERIALFORSOLARCELLSANDTHELIKE”的于2012年10月23日授权的美国专利号8,293,009中公开的技术，从半导体熔体直接形成半导体晶片，该美国专利号8,293,009通过引用全部并入本文中）。常规的太阳能收集器由如下半导体晶片组成：该半导体晶片具有其中存在例如晶格空穴的多数载流子的相对较厚的部分和其中相反类型的载流子（在该情况下，为电子）为多数载流子的薄得多的部分。这两部分在称为p/n结的地方相接。在180微米厚的工业标准晶片中，p型部分将是180微米厚，并且n型部分将是约0.5微米厚。在这样的常规晶片中，遍及晶片的较厚部分，诸如p型晶片（诸如掺杂有硼的硅晶片）中的掺杂有受主（空穴）的p型部分，掺杂是均匀的。在这样的收集器中，少数电荷载流子以基本上随机的形式自由移动，（在每个部分中，但是这里主要关注的是较厚的部分）从其生成点随机扩散。一些少数载流子可能去向p/n结收集区域，一些可能去其他方向。这样的情形缺乏效率。已知的是，建立将朝向p/n结收集区域驱策少数电荷载流子的电场能够在其他事物相同的情况下提高效率。这样的电场被说成指向p/n结，并且将使生成的少数电荷载流子优先朝向收集p/n结移动。这样的方向偏好将增加太阳能电池的收集效率。据信这种效果不能通过用于从厚的铸块或砖块（brick）切下晶片的任何常规熔体凝固方法来实现。这样的场有时被称为漂移场。用以在晶片中创建这样的电漂移场的已知尝试建立了掺杂梯度，其建立了指向收集p/n结的电场。在公开为“WO2005122287A1”、题为“Methodfortheproductionofcrystallinesiliconfoils”的PCT专利申请号PCT/NL2005/000422中描述了该已知工作。该专利申请被转让给StichtingEnergie，并且下面该工作称为Stichting工作。Stichting工作具有显著的负面影响。主要的半导体材料是硅，并且掺杂剂是镓。通过对熔融本体进行快速冷却来创建掺杂水平的分布图，其中初始的快速冷却导致在初始凝固的表面处的受损偏析，并且随着冷却减缓，镓将优先偏析离开随后稍晚凝固的表面，这归因于镓的显著的平衡偏析系数（约0.008）。受损的偏析暗示冷却足够快地发生，使得镓杂质的实际偏析系数是平衡偏析系数的10倍以上。偏析系数1表示液相和固相之间不存在偏析偏好，代表偏析系数的最大值。对于弱偏析掺杂剂，诸如平衡系数为0.8的硼，根据该损伤机制，最大增加将仅为1.25倍。Stichting专利申请中没有提及这种快速冷却的必然结果，但是对于技术从业人员来说其是显然的。熔融材料内的金属杂质将也必然在大的且不可接受的程度上并入到初始快速冷却和凝固的半导体晶体的固体中。Stichting工作方法利用镓的相对显著的（数值上非常小的）偏析系数来实现浓度中的梯度。但是金属杂质也具有相对显著的（数值上非常小的）偏析系数，并且对于稼要在足以提供可用的掺杂分布图的程度上存在，还将必然的是，任何金属杂质也将在高的且因此不可接受的程度上存在于凝固晶体中。因此，尽管通过Stichting方法会创建掺杂分布图，但是具有在如下程度上的杂质的任何形成本体对于太阳能收集将不是实际有用的：相对于平衡偏析的至少一个数量级那么高的金属含量。稍微不同地说，为了从晶片的一部分到另一部分实现10倍的掺杂差异（一个数量级），Stichting方法将固有地具有该相同因子，即，在较高掺杂的区域中的金属是将存在于较低掺杂的区域中的金属的10倍。本领域的从业者理解，这样高的金属含量（以及还有这样的变化的金属含量（或其他杂质））具有严重的有害影响。例如，少数载流子寿命将低于另外没有这些杂质的情况下的少数载流子寿命。这样的较低的寿命导致运行不如具有较高寿命的电池的电池。一个假设但合理的情况说明了这些问题。考虑熔体中存在1ppm的金属的情况，其中，平衡偏析系数k=10-6，例如铁（Fe）。利用Stichting方法，这将导致晶片中的5×1011原子/cm3的金属。这将导致约7微秒的少数载流子寿命，这引起16.4％的效率。在已知的太阳能收集器中使用的、施加在晶片上的另一种场被称为背表面场（BSF）。常规电池通常具有背表面场。该场降低有效的背表面复合速率，并且提高了少数载流子的收集概率。实现这一点的典型方式是在处理期间，在背表面上提供铝或铝合金的薄层。铝的施加具有缺点。首先，其是处理中的单独步骤，由此添加复杂化，其在不要求这样的铝层的情况下将是不存在的。其次，铝是长波长光的相当差的反射器。因此，当存在铝背表面层时，相对高的量的这样的长波长的光不被反射并且被损失。能够反射并因此捕获这样的长波长的光中的一些或全部将是有益的。（作为澄清的一点，应该注意，BSF讨论需要两个完全不同的实体的排斥或反射—BSF驱策少数载流子离开背表面。某些光子不被充分地从背表面反射，因为它们被产生BSF的铝层吸收或至少没有被其反射）。因此，存在对如下半导体晶片的需要：该半导体晶片具有机构，其用于在某一方向上建立电场以将（主要是晶片的较厚部分中的）少数电荷载流子驱策到收集p/n结。还存在对具有优异电气性质和可接受的低杂质水平的这样的晶片的需要。还存在对由不具有显著偏析系数的掺杂剂掺杂的这样的晶片的需要。还存在对p型半导体的以及还有n型半导体的这样的掺杂剂分布的晶片的需要。还存在对制作这样的晶片的方法的需要。还存在对并入这样的晶片的太阳能收集器和太阳能板的需要。还存在对用于太阳能电池中的晶片的需要，其中能够建立BSF，而不需要专门用于该目的的处理步骤，并且在背表面处还不需要在光学上弱反射的铝层。还存在对如下晶片的需要：这样的晶片能够被构造成使得能够实现相对高的量的长波长光的反射，以及因此其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制作供用作太阳能收集器的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：a. 提供具有表面的熔融半导体材料；b. 提供包括成形表面的模具，所述模具还包括与所述半导体材料有关的主要掺杂剂；c. 使所述成形表面与所述熔融材料接触，使得掺杂剂从所述模具迁移到所述熔融半导体材料中；以及d. 维持条件，使得以晶片形式的半导体材料的本体在所述成形表面上凝固，其中第一表面接触所述成形表面，所述晶片具有掺杂剂浓度的分布图，在所述晶片的第一表面处存在较大的掺杂剂浓度，并且在所述晶片的第二表面处存在较小的掺杂剂浓度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.01.26 US 62/107711;2015.10.08 US 62/2391151.一种用于制作供用作太阳能收集器的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供具有表面的熔融半导体材料；b.提供包括成形表面的模具，所述模具还包括与所述半导体材料有关的主要掺杂剂；c.使所述成形表面与所述熔融材料接触，使得掺杂剂从所述模具迁移到所述熔融半导体材料中；以及d.维持条件，使得以晶片形式的半导体材料的本体在所述成形表面上凝固，其中第一表面接触所述成形表面，所述晶片具有掺杂剂浓度的分布图，在所述晶片的第一表面处存在较大的掺杂剂浓度，并且在所述晶片的第二表面处存在较小的掺杂剂浓度。2.一种用于制作供用作太阳能收集器的半导体晶片的方法，所述方法包括以下步骤：a.提供具有表面的熔融半导体材料；b.提供包括成形表面的模具，所述模具还包括与所述半导体材料有关的掺杂剂；c.使所述成形表面与所述熔融材料接触达接触持续时间，使得对于所述接触持续时间的至少一部分，掺杂剂从所述模具迁移到所述熔融半导体材料中；以及d.维持条件，使得以晶片形式的半导体材料的本体在所述成形表面上凝固，所述晶片具有电阻率的分布图，在所述晶片的第一表面处存在相对较小的电阻率，并且在所述晶片的第二表面处存在相对较大的电阻率。3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，还包括把凝固的晶片从所述成形表面卸下的步骤。4.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述模具包括在一个表面上的涂层，所述涂层包含所述主要掺杂剂。5.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述模具还包括本体，其中，所述主要掺杂剂分布在所述模具本体内。6.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述模具还包括本体，其中，所述主要掺杂剂以靠近一个表面的较高浓度处于所述模具本体内。7.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述维持条件的步骤包括：以半导体的凝固本体充当扩散阻挡物的形式在所述模具处提供所述主要掺杂剂，使得随着所述凝固本体生长，初始主要掺杂剂以第一速率迁移到所述熔融材料和所述凝固本体中，并且随后，主要掺杂剂以越来越小的速率迁移到所述熔融材料和所述凝固本体中，使得与稍后凝固的本体部分相比，较早凝固的本体部分每单位体积具有相对较多的主要掺杂剂。8.根据权利要求3所述的方法，所述主要掺杂剂包括施主和受主类型中仅一种类型的电荷载流子，所述方法还包括：进行（视情况而定，权利要求1或2的）步骤a，b，c和d至少两次；在所述熔融材料中提供一些与所述主要掺杂剂相反的电荷载流子施主/受主类型的补偿掺杂剂。9.根据权利要求8所述的方法，还包括：在所述熔融材料中提供一些与所述补偿掺杂剂相反的电荷载流子施主/受主类型的反补偿掺杂剂的步骤。10.根据权利要求9所述的方法，所述补偿掺杂剂和所述反补偿掺杂剂均具有平衡偏析系数，所述反补偿掺杂剂的平衡偏析系数等于或小于所述补偿掺杂剂的平衡偏析系数。11.根据权利要求8所述的方法，其中，提供一些补偿掺杂剂的步骤通过以根据以下关系的浓度Ccd在所述熔体中提供所述补偿掺杂剂来实现：Ccd近似等于Cmd*（kmd/kcd），其中：Cmd是所述主要掺杂剂的熔体浓度；Ccd是所述补偿掺杂剂的熔体浓度；kmd是所述主要掺杂剂的有效偏析系数；以及kcd是所述补偿掺杂剂的有效偏析系数。12.根据权利要求1所述的方法，主要掺杂剂浓度在所述晶片的第一表面处小于或等于1×1020Nx/cm3，并且在所述晶片的第二表面处大于或等于约1×1015Nx/cm3，其中，对于电荷载流子受主掺杂剂，Nx意指电荷载流子受主的数量Na，并且对于电荷载流子施主掺杂剂，Nx意指电荷载流子施主的数量Nd。13.根据权利要求2所述的方法，所述主要掺杂剂是电荷载流子受主，所述电阻率在所述晶片的第一表面处大于或等于0.001欧姆-厘米，并且在所述晶片的第二表面处小于或等于约10欧姆-厘米。14.根据权利要求1所述的方法，主要掺杂剂浓度在所述晶片的第一表面处小于或等于1×1019Nx/cm3，并且在所述晶片的第二表面处大于或等于约1×1017Nx/cm3，其中，对于电荷载流子受主掺杂剂，Nx意指电荷载流子受主的数量Na，并且对于电荷载流子施主掺杂剂，Nx意指电荷载流子施主的数量Nd。15.根据权利要求1所述的方法，所述主要掺杂剂是电荷载流子施主，所述电阻率在所述晶片的第一表面处大于或等于0.001欧姆-厘米，并且在所述晶片的第二表面处小于或等于约0.1欧姆-厘米。16.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述半导体包括p型半导体，所述主要掺杂剂选自由硼、铝、镓和铟组成的组。17.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述半导体包括n型半导体，所述主要掺杂剂选自由磷、砷、锑（Sb）和铋组成的组。18.根据权利要求8所述的方法，所述半导体包括p型半导体，所述补偿掺杂剂选自由磷、砷、锑（Sb）和铋组成的组。19.根据权利要求8所述的方法，所述半导体包括n型半导体，所述补偿掺杂剂选自由硼、铝、镓和铟组成的组。20.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述熔融材料中提供如下反补偿掺杂剂的步骤：该反补偿掺杂剂选自由铝、镓和铟组成的组。21.根据权利要求19所述的方法，还包括在所述熔融材料中提供如下反补偿掺杂剂的步骤：该反补偿掺杂剂选自由砷、锑和铋组成的组。22.根据权利要求4所述的方法，所述熔融材料包括硅，所述涂层包括选自由B4C（碳化硼）和B4Si（硼化硅）组成的组的掺杂剂。23.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，所述主要掺杂剂包括选自由碳化物、氧化物、氮化物和硅化物组成的组的化合物，或者选自由硼、铝、镓、铟、磷、砷、锑和铋组成的组的元素。24.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，进行维持步骤，以便在所述晶片的第一表面处提供足够高以便在用作太阳能收集器的晶片中建立背表面场的主要掺杂剂浓度。25.根据权利要求24所述的方法，还包括提供如下部件的步骤：a.以开放栅格形式的金属导体，所述金属导体耦合到所述晶片，接触所述晶片的所述第一表面；以及b.光学反射器，所述光学反射器与所述第一表面隔开布置使得所述金属导体位于所述第一表面和所述光学反射器之间。26.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：R荣茨克，BD克南，GDS赫德尔森，AM罗伦斯，EM萨赫斯，
申请(专利权)人：一三六六科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US